DE3318376C1

DE3318376C1 - Vorrichtung zur Anregung von Fotolumineszenz und zur Beobachtung derselben

Info

Publication number: DE3318376C1
Application number: DE3318376A
Authority: DE
Inventors: Heribert Dipl.-Berg.-Ing. 3380 Goslar Broicher; Helmut 3167 Ehlershausen Winnacker
Original assignee: Preussag AG; Preussag AG Metall
Current assignee: Preussag AG; Preussag AG Metall
Priority date: 1983-05-20
Filing date: 1983-05-20
Publication date: 1985-01-03
Also published as: CA1224641A; ZA843607B; AU565642B2; AU2842884A

Description

Zwischen dem dichroitischen Spiegel und dem Licht- detektor ist zweckmäßigerweise eine Blende angeordnet, deren Öffnungen den Abmessungen des Strahles des Lasers entspricht.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.
F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung mit einer ersten Einstellung der Empfangsoptik und F i g. 2 zeigt das Ausführungsbeispiel mit einer zweiten Einstellung der Empfangsoptik.
Die in den F i g. 1 und 2 im wesentlichen schematisch gezeigte Vorrichtung weist einen Laser 1 auf, dessen Strahl 2 über einen schräggestellten dichroitischen Spiegel 3 und durch eine Durchtrittsöffnung 4 in einem großen Hohlspiegel 5 auf einen kleinen Hohlspiegel 6 eines Cassegrain-Teleskops 7 gerichtet ist. Der kleine Hohlspiegel 6 spreizt den Strahl des Lasers und wirft sein Licht auf den großen Hohlspiegel 5, der das Licht des Lasers reflektiert und auf eine durch eine ausgezogene Linie symbolisierte Oberfläche 8 wirft, die zur Fluoreszenz angeregt wird. Die äußere Begrenzung des Lichts des Lasers nach Reflexion durch den kleinen Hohlspiegel 6 ist durch dicke Linien 9 und 10 sowie 11 und 12 dargestellt, wobei die Richtung des Lichts durch Pfeile 13 und 14 symbolisiert ist Das Licht der zur Fluoreszenz angeregten Oberfläche 8 gelangt auf den großen Hohlspiegel 5, von dem es auf den kleinen Hohlspiegel 6 gerichtet wird, der ein durch eine gestrichelte Linie angedeutetes Strahlenbündel 15 erzeugt, das durch die Durchtrittsöffnung 4, den dichroitischen Spiegel 3 und eine Blende 16 in einen Lichtdetektor 17 eintritt. Die äußeren Strahlen des von der Fläche 8 kommenden Lichts sind durch gestrichelte Linien 18 bis 21 angedeutet, wobei die Richtung durch Pfeile 22 bis 24 symbolisiert ist.
Die F i g. 1 und 2 unterscheiden sich dadurch, daß in F i g. 1 der kleine Hohlspiegel 6 in Richtung eines Pfeiles 25 verschoben ist, so daß der die Optik verlassende Strahl des Lasers aufgeweitet ist, was durch das Auseinanderlaufen der Linien 11 und 12 zu der Fläche 8 hin deutlich wird.
Im Fall der F i g. 2 ist der kleine Hohlspiegel 6 in Richtung eines Pfeiles 26 verschoben, so daß der austretende Strahl des Lasers gebündelt ist, was durch Parallelität der Linien 11 und 12 in Fig. 2 deutlich wird. Es ist zu erkennen, daß die Linien 18 und 19 bei jeder Stellung des kleinen Hohlspiegels 6 den gleichen Verlauf wie die Linien 11 und 12 haben, so daß die zur Fluoreszenz angeregte Fläche 8 die gleiche Ausdehnung hat wie die von dem Teleskop 7 betrachtete Fläche.
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Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Anregung von Fotolumineszenz und zur Beobachtung derselben, mit einem Laser zur Bestrahlung einer zu untersuchenden Oberfläche und mit einer Empfangsoptik, deren optische Achse in dem ausgesandten Laserstrahl verläuft und die das Licht der angeregten Fluoreszenz auf einen Lichtdetektor wirft, dadurch gekennzeichn e t, daß hinsichtlich des Strahlenganges der Laser (1) auf der dem Lichtdetektor (17) zugewandten Seite der Empfangsoptik (7) angeordnet ist und daß der Strahl des Lasers in der optischen Austrittsachse der Empfangsoptik (7) in diese eintritt und sie so in umgekehrter Richtung wie das von der fluoreszierenden Oberfläche (8) empfangene Licht durchläuft.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (1) seitlich von der optischen Austrittsachse der Empfangsoptik (7) angeordnet ist und sein Strahl (2) mittels eines in der optischen Austrittsachse angeordneten, schräggestellten dichroitischen Spiegels (3) in die Empfangsoptik (7) gerichtet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsoptik (7) ein Spiegelteleskop ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiegelteleskop ein Cassegrain-Teleskop (7) ist, bei dem der große Hohlspiegel (5) eine in der optischen Austrittsachse liegende Durchtrittsöffnung (4) aufweist, durch die das von einem gegenüber dem großen Hohlspiegel (5) angeordneten kleinen Hohlspiegel (6) gebündelte Licht austritt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der kleine Hohlspiegel (6) entlang der optischen Austrittsachse verstellbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem dichroitischen Spiegel (3) und dem Lichtdetektor (17) eine Blende (16) angeordnet ist, deren Öffnung den Abmessungen des Strahls des Lasers (1) entspricht.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zur Anregung von Fotolumineszenz und zur Beobachtung derselben.

Eine Analyse des Beobachtungsergebnisses kann in verschiedener Weise erfolgen und läßt Rückschlüsse auf die Art des lumineszierenden Stoffes, z. B. Erzes, zu.

Dies ist allgemein bekannt und z. B. in dem Buch »Spectroscopy, Luminescence and Radiation Centers in Minerals« von A. S. Marfunin, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg-New York, 1979, beschrieben.

Von der Firma Scintrex, 222 Snidercroft Road, Concord, Ontarion, Canada, ist eine Vorrichtung der betreffenden Art bekannt, bei der die Anregung der Fluoreszenz durch einen im Ultraviolettbereich arbeitenden Excimer-Laser erfolgt, dem eine bestimmte Strahlendivergcnz eigen ist, aufgrund deren eine Vergrößerung des Strahlenquerschnitts mit zunehmender Entfernung erfolgt. Das hat zur Folge, daß die Größe der zur Lumineszenz angeregten Oberfläche vom Beobachtungsabstand abhängig ist.

Zur Beobachtung der zur Lumineszenz angeregten Fläche wird ein Teleskop verwendet. Um eine Gleichachsigkeit des Teleskops mit dem ausgesandten Laser strahl zu erreichen, ist auf der Strahleneintrittsseite, also der der bestrahlten Oberfläche zugewandten Seite des Teleskops im Bereich der optischen Eintrittsachse ein Umlenkspiegel vorgesehen, durch den der Strahl des Lasers von dem seitlich angeordneten Laser in die optische Achse umgelenkt und auf die anzuregende Oberfläche gerichtet wird.

Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß nur bei einer ganz bestimmten Entfernung zu erreichen ist.

daß die bestrahlte und durch die Empfangsoptik beobachtete Fläche gleich ist. Wegen der von der Entfernung abhängigen Größe des Querschnitts des Laserstrahls stimmen in allen anderen Entfernungen bestrahlte und beobachtete Fläche nicht überein.

Durch die DE-OS 32 14049 ist ein Spektralfluorometer der betreffenden Art bekannt, bei dem das Licht der angeregten Fluoreszenz auf ein Konkavgitter einer Empfangsoptik fällt, von dem die Strahlung in bestimmter Weise seitlich zurückgeworfen wird und in seitlich angeordnete Teile der Empfangsoptik gelangt. Das Konkavgitter weist in seinem Zentrum ein Loch auf, durch das der Strahl eines hinter dem Konkavgitter angeordneten und mit einer eigenen Optik versehenen Lasers auf die zu untersuchende Oberfläche trifft. Dieses bekannte Spektralfluorometer ist daher grundsätzlich ähnlich aufgebaut wie die zuvor beschriebene bekannte Vorrichtung und hat daher die gleichen Nachteile.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der betreffenden Art zur Anregung von Fotolumineszenz und zur Beobachtung derselben zu schaffen, die eine Übereinstimmung der bestrahlten und zur Lumineszenz angeregten Fläche und der beobachteten Fläche ermöglicht.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebene Lehre gelöst. Dieser Lehre liegt der allgemeine Gedanke zugrunde, in der Optik für den ausgesandten Laserstrahl und für das empfangene Licht den gleichen Strahlengang, lediglich in entgegengesetzter Richtung, vorzusehen, so daß auf dem Lichtdetektor unabhängig von der Entfernung der lumineszierenden Oberfläche immer gerade diese Fläche abgebildet wird und nicht mehr und nicht weniger. Dies gilt auch dann, wenn die Empfangsoptik verstellt wird, um den Laserstrahl mehr oder weniger aufzuweiten und die bestrahlte Oberfläche mehr oder weniger zu vergrößern, beispielsweise um dadurch die Energiedichte auf der angestrahlten Fläche oder auch um ganz einfach die Größe dieser Fläche zu verändern.

Der Laser kann seitlich von der optischen Austrittsachse der Empfangsoptik angeordnet sein, wobei sein Strahl mittels eines in der optischen Austrittsachse angeordneten, schräggestellten dichroitischen Spiegels in die Empfangsoptik gerichtet ist. Dieser Spiegel reflektiert also das Licht des Lasers, läßt dagegen das Licht der fluoreszierenden Oberfläche durch, dessen Wellenlänge beispielsweise im Bereich zwischen 380 nm und 700 nm liegen kann.

Zweckmäßigerweise ist die Empfangsoptik ein Spiegelteleskop, und zwar vorzugsweise ein Cassegrain-Teleskop, bei dem der große Hohlspiegel eine in der optischen Austrittsachse liegende Durchtrittsöffnung aufweist, durch die das von einem gegenüber dem großen Hohlspiegel angeordneten kleinen Hohlspiegel gebündelte Licht austritt.